調(diào)諧質(zhì)量阻尼器非線性特性及其控制性能分析.pdf

1、作為減振耗能裝置，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD）已廣泛被應(yīng)用到結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制領(lǐng)域，減小結(jié)構(gòu)在地震和風(fēng)荷載作用下的變形或位移。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，由于調(diào)諧質(zhì)量阻尼器位移過(guò)大或者限位裝置的應(yīng)用等因素造成調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的剛度和阻尼產(chǎn)生非線性行為。因此，研究調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的非線性行為對(duì)其控制效果的影響以及在調(diào)諧質(zhì)量阻尼器設(shè)計(jì)的過(guò)程中如何消除潛在非線性行為的不利影響具有重要的工程意義。
　　本研究主要內(nèi)容包括：

2、⑴以單自由度結(jié)構(gòu)和Duffing形式的非線性TMD組成的兩個(gè)自由度系統(tǒng)為分析模型，分析了調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的非線性行為對(duì)其控制效果的影響及非線性調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的控制特性。理論分析結(jié)果表明，TMD的非線性行為能夠惡化其控制效果，此外，非線性調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的最優(yōu)頻率比對(duì)應(yīng)非線性調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的最大位移響應(yīng)。⑵提出了一種新的非線性TMD分析方法，該方法將非線性調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的分析從整個(gè)系統(tǒng)解耦出來(lái)，僅僅分析一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)方程，降低了分析的復(fù)雜性。

3、理論分析結(jié)果表明，新的分析方法與基于整體的分析方法具有一致的結(jié)果。根據(jù)新的分析方法得到了跳躍頻率的解析解，對(duì)比數(shù)值解可以發(fā)現(xiàn)，跳躍頻率的解析解具有足夠的精度。⑶在調(diào)諧質(zhì)量阻尼器設(shè)計(jì)的過(guò)程中，考慮到其非線性行為的不利影響，建議非線性調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的改進(jìn)設(shè)計(jì)方法。該方法以調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的最大位移響應(yīng)為性能指標(biāo)，基于跳躍頻率對(duì)非線性 TMD進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文給出了最優(yōu)頻率比計(jì)算的解析公式，依據(jù)該公式對(duì)非線性調(diào)諧質(zhì)量阻尼器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。理論分析結(jié)果

4、表明，該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法能夠消除調(diào)諧質(zhì)量阻尼器非線性行為的不利影響，結(jié)構(gòu)的共振幅值被顯著降低。⑷實(shí)驗(yàn)分析了非線性TMD的動(dòng)力響應(yīng)特性和非線性TMD的控制性能，測(cè)得了非線性TMD的頻響曲線和非線性TMD的控制效果曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，非線性TMD的頻響曲線存在跳躍現(xiàn)象和多幅值域，跳躍現(xiàn)象發(fā)生在頻率1.77Hz處，多幅值域范圍在1.77Hz至1.91Hz之間，在多幅值域，初始條件決定了TMD實(shí)際的響應(yīng)。此外，當(dāng)將TMD的非線性行為考慮到設(shè)計(jì)中時(shí)，